Développement des technologies de biologie de synthèse pour la construction à haut-débit de souches châssis semi-synthétiques de Bacillus subtilis

par Gabrielle Guesdon

Projet de thèse en Microbiologie - immunologie

Sous la direction de Alain Blanchard.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Biologie du Fruit et Pathologie (laboratoire) et de Mollicutes (equipe de recherche) depuis le 26-11-2018 .


  • Résumé

    La biologie de synthèse (BS) a pour but de construire de nouvelles fonctions ou de nouveaux systèmes biologiques afin de faciliter le développement de nombreuses applications pour la santé, les productions biotechnologiques et l'environnement. Durant la dernière décennie, la synthèse de nouveaux composés d'intérêt, notamment pharmaceutique, a été obtenue dans des microorganismes. Ces réalisations reposent sur des circuits génétiques de tailles et de complexités croissantes, parfois nécessitant l'action concertée de dizaines d'enzymes. Cependant, ces circuits synthétiques se révèlent souvent inefficaces à cause d'interférences non-souhaitées avec le métabolisme de la souche. Une stratégie prometteuse pour faciliter les innovations biotechnologiques consiste à développer des souches « châssis » dans lesquelles les interactions négatives ont été minimisées. Le projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR Bacillus 2.0 dont le but est de développer un châssis minimal synthétique de Bacillus subtilis (Bsu), comme prérequis pour améliorer et accélérer le développement de souches d'intérêt pour l'industrie, la santé et l'environnement. A partir d'une souche existante de Bsu possédant un génome réduit (~2.85 Mb), un génome minimal sera construit en utilisant des méthodes de clonage et d'ingénierie de génomes bactériens dans la levure. Celui-ci sera alors transplanté dans des protoplastes de Bsu. Plus spécifiquement, le projet de thèse consistera à (1) cloner des génomes naturels ou semi-synthétiques de Bsu dans la levure et (2) transplanter ces génomes de bactérie à bactérie, puis de levure à bactérie. Cette preuve de concept servira de base pour (3) de nouvelles étapes d'ingénierie génomique pour obtenir un châssis optimisé combinant une croissance rapide et la capacité à exprimer des circuits génétiques complexes. Ce projet sera réalisé en collaboration avec l'équipe de Matthieu Jules (MICALIS, UMR 1319 INRA / AgroParisTech, Jouy-en-Josas).

  • Titre traduit

    Development of key synthetic biology technologies for the high-throughput construction of semi-synthetic Bacillus subtilis-derived chassis strains


  • Résumé

    Synthetic Biology (SB) aims at the rational engineering of novel biological functions and systems with the promise to facilitate the development of many new applications for health, biomanufacturing, or the environment. In the past decade SB researchers have achieved complete synthesis of many compounds of interest in microorganisms, including several pharmaceuticals. These achievements rely on gene circuits of increasing size and complexity, sometimes requiring the concerted production of tens of different enzymes. However, synthetic circuits often fail to function as designed because of unwanted interactions between circuit components and the metabolic and regulatory environment of the host strain. A promising strategy to foster innovation in biotechnology involves the construction of streamlined host strains (i.e. chassis) in which the negatively interacting host functions have been minimized. The thesis project is part of the Bacillus 2.0's ANR project which objective is to develop a minimal, synthetic Bacillus subtilis (Bsu) chassis as a prerequisite to improve and speed up the development of strains of value to industry, medicine and the environment. Starting from the available genome-reduced strain (~2.85 Mb), we propose to design and build a minimal Bsu genome using in-yeast cloning and engineering methods, prior to back-transplantation into Bsu protoplasts by adopting the Design-Build-Test-Learn cycle widely used in SB. More specifically, the thesis project aims at (1) cloning natural and semi-synthetic Bsu genomes into yeast and (2) transplanting Bsu genomes from bacteria to bacteria, then from yeast to bacteria. This proof of concept will pave the way for (3) further engineering towards an optimized Bsu chassis combining high growth rate and capacity to express complex genetic circuits. This project will be conducted in collaboration with the team of Matthieu Jules (MICALIS, UMR 1319 INRA / AgroParisTech, Jouy-en-Josas).